專(zhuān)利名稱(chēng)：一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)膜材料及其制備方法，具體是一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
地質(zhì)聚合物材料的應(yīng)用可追溯到古代，即以高嶺土、白云巖或石灰?guī)r與鹽湖成分Na2CO3、草木灰成分K2CO3以及硅石的混合物，加水拌和后產(chǎn)生強(qiáng)堿NaOH和Κ0Η，與其它組分發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)無(wú)機(jī)聚合粘結(jié)劑制成人造石頭。
法國(guó)的J. Davidovits首先提出對(duì)這類(lèi)堿激活材料統(tǒng)一進(jìn)行命名，當(dāng)時(shí)確定的名稱(chēng)是聚招娃酸鹽(Polysialate, Sialate是silicon-oxo-aluminate的縮寫(xiě))。之后不久，他又在另一篇美國(guó)專(zhuān)利中采用了一個(gè)更加通俗的名稱(chēng)“地質(zhì)聚合物”(Geopolymer)來(lái)指代聚鋁硅酸鹽；目前，世界上有許多專(zhuān)門(mén)研究機(jī)構(gòu)如在致力于地聚物材料的研究工作，如法國(guó)的 “Geopolymer Institute，，和美國(guó)的 “Waterways Experiment Station，，、澳大利亞的“Geopolymer Alliance”等。有關(guān)地聚物科學(xué)的理論和應(yīng)用研究成果正在快速增長(zhǎng)。無(wú)機(jī)膜的首次研制和開(kāi)發(fā)要追溯到20世紀(jì)70年代末，當(dāng)時(shí)法國(guó)和美國(guó)以鈾濃縮為目的而把膜引進(jìn)分離領(lǐng)域。到了 20世紀(jì)末，多層、多孔道的無(wú)機(jī)膜和用于高溫、強(qiáng)酸堿環(huán)境的無(wú)機(jī)膜得到了發(fā)展，且走向商業(yè)化；到了 21世紀(jì)初，無(wú)機(jī)膜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、生物、化工、能源、環(huán)境等領(lǐng)域。無(wú)機(jī)膜按其材質(zhì)分主要有金屬膜和陶瓷膜兩大類(lèi)；按膜結(jié)構(gòu)分，主要可分為多孔膜、致密膜和分子篩膜；按膜分離機(jī)理又分為納濾膜、超濾膜、微濾膜等。與高聚物分離膜相t匕，無(wú)機(jī)膜有以下特點(diǎn)(I)熱穩(wěn)定好，適用于高溫、高壓體系。試用溫度一般都可以達(dá)到400攝氏度，有時(shí)可以高達(dá)800攝氏度。(2)化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸和弱堿，pH值試用范圍寬。(3)抗微生物能力強(qiáng)，與一般微生物不發(fā)生生化及化學(xué)反應(yīng)。( 4 )無(wú)機(jī)膜組件機(jī)械強(qiáng)度大。無(wú)機(jī)膜一般都是以載體膜的形式應(yīng)用，而載體都是經(jīng)過(guò)高壓和焙燒制成的微孔陶瓷材料和多孔玻璃等，涂膜后再經(jīng)過(guò)高溫焙燒，使膜非常牢固，不易脫落和破裂。(5)清潔狀態(tài)好。本身無(wú)毒，不會(huì)使被分離體系受到污染。容易再生和清洗。當(dāng)膜污染被堵塞后、可以進(jìn)行反吹及沖洗，也可以在高溫下進(jìn)行化學(xué)清洗。(6)無(wú)機(jī)膜的孔分布窄，分離性能好。其缺點(diǎn)是沒(méi)有彈性，比較脆；不易加工；可用于制造無(wú)機(jī)膜的材料比較稀少；成本比較昂貴；強(qiáng)堿條件下容易受到污染和侵蝕。無(wú)機(jī)膜的制備方法很多，應(yīng)根據(jù)制膜材料、膜及載體的結(jié)構(gòu)、膜孔徑大小、孔隙率和膜厚度不同而選擇。目前常用的、有工業(yè)應(yīng)用前景的制備方法主要有固態(tài)離子燒結(jié)法、溶膠一凝膠法、薄膜沉積法、陽(yáng)極氧化法、相分離-浙濾法、熱分解法、水熱法等等。申請(qǐng)?zhí)枮?9118127. I的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種制造陶瓷膜的方法。該方法先制備提供陶瓷粉末的膠態(tài)懸浮體和提供聚合物前體，然后將兩者混合，最后涂布成膜。申請(qǐng)?zhí)枮?0117221. 2的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種梯度陶瓷膜管及其制備方法。該方法將陶瓷料漿經(jīng)陶瓷膜管機(jī)離心成型，然后經(jīng)脫模，燒結(jié)，冷卻得到梯度陶瓷膜管。該陶瓷膜管具有防污染、防堵、一次燒成等優(yōu)點(diǎn)。申請(qǐng)?zhí)枮?6116931. I的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種無(wú)機(jī)膜家用凈水器的制備方法。該凈水器的過(guò)濾元件為無(wú)機(jī)膜組成，而該無(wú)機(jī)膜有除菌、除濁等功能。綜合現(xiàn)有相關(guān)成果來(lái)看，沒(méi)發(fā)現(xiàn)利用地聚物材料制備無(wú)機(jī)膜的專(zhuān)利
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用廉價(jià)的化工原材料，克服現(xiàn)有無(wú)機(jī)膜材料生產(chǎn)技術(shù)的不足，提供一種成本低、制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品性能優(yōu)越，無(wú)毒無(wú)污染的一種利用地質(zhì)聚合物制備無(wú)機(jī)膜的方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下I. 一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜是以固相S、液相L和水為原料，其中固相S為偏高嶺土，液相L為模數(shù)為I. 2 I. 5的工業(yè)鈉水玻璃(或鉀水玻璃)，固相S與液相L的質(zhì)量比為I I ;原料經(jīng)過(guò)攪拌制成地質(zhì)聚合物漿料，地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為10 20 ;地質(zhì)聚合物漿料經(jīng)真空除泡后得到成膜基料，將成膜基料涂覆于片狀或管狀多孔支撐體表面，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，即可獲得地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜。上述多孔支撐體為多孔氧化鋁陶瓷或者多孔不銹鋼或者多孔地聚物材料。上述的成膜基料固化成型后試樣的抗壓強(qiáng)度為6. O 60. OMPa、孔隙率為7% 55%,平均孔徑分布在3nm-150nm之間。上述的成膜基料涂覆工藝是將地質(zhì)聚合物成膜基料通過(guò)噴涂、刷涂或浸涂，在多孔支撐體表面形成厚度為20 500微米的膜；經(jīng)養(yǎng)護(hù)后檢測(cè)，該無(wú)機(jī)膜的純水通量在I-IOOOkgtr1Iir2之間且連續(xù)可控。2. 一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法，包括如下步驟( I)地質(zhì)聚合物成膜基料的配制按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 2 I. 5的工業(yè)鈉水玻璃或鉀水玻璃，混合并攪拌均勻后得到地質(zhì)聚合物漿料，待用。(2)去離子水的加入在上述地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比在10 20之間，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后得到地質(zhì)聚合物基料，待用。(3)將上述得到的地質(zhì)聚合物基料通過(guò)噴涂、刷涂或浸涂，在多孔支撐體表面形成厚度為20 500微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即獲得地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜，經(jīng)測(cè)試，其純水通量在I IOOOkgtr1Iir2之間且連續(xù)可控。本發(fā)明與現(xiàn)有無(wú)機(jī)膜制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I.本發(fā)明提供了一種工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，綠色環(huán)保的無(wú)機(jī)膜制備方法。地質(zhì)聚合物材料耐高溫，耐酸耐堿，可以制備在苛刻環(huán)境下應(yīng)用的無(wú)機(jī)膜。2.本發(fā)明所得無(wú)機(jī)膜材料性能優(yōu)越。制備的無(wú)機(jī)膜材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到6-60MPa，水通量可控制在I-IOOOkgh-1HT2之間，涂覆于不同支撐體表面可制備多種無(wú)機(jī)膜。3.本發(fā)明專(zhuān)利制備過(guò)程中不需要高溫?zé)Y(jié)，制備溫度在60°C以下。與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)膜制備工藝相比，本發(fā)明更容易制備大尺寸和形狀復(fù)雜的膜材料。4.本發(fā)明利用水來(lái)控制膜的孔徑和孔隙率，容易制備孔徑小，分布均勻的膜材料，有望在飲用水凈化、污水處理、海水淡化、汽車(chē)尾氣凈化、工業(yè)液固分離等方面有廣泛應(yīng)用。5.本發(fā)明屬于地質(zhì)聚合物制備無(wú)機(jī)膜材料技術(shù)，經(jīng)檢索，沒(méi)有類(lèi)似的技術(shù)申報(bào)專(zhuān)利。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例I地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法如下( I)地質(zhì)聚合物成膜基料的配制按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 2的工業(yè)鈉水玻璃，混合并攪拌均勻后待用；(2)去離子水的加入在上述所得地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為10，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后待用；(3)上述地質(zhì)聚合物成膜基料固化后經(jīng)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度為60MPa，孔隙率為7%，平均孔徑為3nm。將上述地質(zhì)聚合物基料通過(guò)浸涂，在片狀多孔氧化鋁支撐體表面形成厚度為500微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即可使用。經(jīng)測(cè)試，其純水通量為lkgt^nT2。實(shí)施例2地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法如下( I)地質(zhì)聚合物成膜基料的配制按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 5的工業(yè)鈉水玻璃，混合并攪拌均勻后待用；(2)去離子水的加入在上述所得地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為20，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后待用；(3)上述地質(zhì)聚合物成膜基料固化后經(jīng)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度為6MPa，孔隙率為55%，平均孔徑為150nm。將上述地質(zhì)聚合物基料通過(guò)浸涂，在片狀多孔不銹鋼片支撐體表面形成厚度為20微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即可使用。經(jīng)測(cè)試，其純水通量為IOOOkgh 1Hi 2O實(shí)施例3地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法如下( I)地質(zhì)聚合物成膜基料的配制按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 3的工業(yè)鉀水玻璃，混合并攪拌均勻后待用；(2)去離子水的加入
在上述所得地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為14，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后待用；(3)上述地質(zhì)聚合物成膜基料固化后經(jīng)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度為20MPa，孔隙率為35%，平均孔徑為13.6nm。將上述地質(zhì)聚合物基料通過(guò)浸涂，在管狀多孔氧化鋁支撐體表面形成厚度為50微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即可使用。經(jīng)測(cè)試，其純水通量為IOOkgh 1Hi 2O實(shí)施例4地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法如下( I)地質(zhì)聚合物成膜基料的配制按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 3的工業(yè)鈉水玻璃，混合并攪拌均勻后 待用；(2)去離子水的加入在上述所得地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為19，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后待用；(3)上述地質(zhì)聚合物成膜基料固化后經(jīng)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度為8MPa，孔隙率為49%，平均孔徑為120nm。將上述地質(zhì)聚合物基料通過(guò)浸涂，在片狀多孔地質(zhì)聚合物支撐體表面形成厚度為20微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即可使用。經(jīng)測(cè)試，其純水通量為
800kgh 1Hi 2o
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜,其特征在于以固相S、液相L和水為原料,其中固相S為偏高嶺土，液相L為模數(shù)為I. 2 I. 5的工業(yè)鈉水玻璃或鉀水玻璃，固相S與液相L的質(zhì)量比為I : I ;原料經(jīng)過(guò)攪拌制成地質(zhì)聚合物漿料，地質(zhì)聚合物漿料中H20/Na20摩爾比為10 20 ;地質(zhì)聚合物漿料經(jīng)真空除泡后得到成膜基料，將成膜基料涂覆于片狀或管狀多孔支撐體表面，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，即可獲得地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜； 所述多孔支撐體為多孔氧化鋁陶瓷或者多孔不銹鋼或者多孔地聚物材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜，其特征在于所述的成膜基料固化成型后試樣的抗壓強(qiáng)度為6. O 60. OMPa、孔隙率為7% 55%，平均孔徑分布在3nm_150nm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜，其特征在于所述的成膜基料涂覆工藝是將地質(zhì)聚合物成膜基料通過(guò)噴涂、刷涂或浸涂，在多孔支撐體表面形成厚度為20 500微米的膜；經(jīng)養(yǎng)護(hù)后檢測(cè)，該無(wú)機(jī)膜的純水通量在I-IOOOkgtr1nT2之間且連續(xù)可控。
4.如權(quán)利要求I所述的一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (O地質(zhì)聚合物成膜基料的配制 按質(zhì)量比I : I稱(chēng)取偏高嶺土和模數(shù)為I. 2 I. 5的工業(yè)鈉水玻璃或鉀水玻璃，混合并攪拌均勻后得到地質(zhì)聚合物漿料，待用； (2)去離子水的加入 在上述地質(zhì)聚合物漿料中，按照設(shè)計(jì)配比加入去離子水，保持地質(zhì)聚合物漿料中H2O/Na2O摩爾比在10 20之間，混合均勻并攪拌10分鐘，真空除泡后得到地質(zhì)聚合物基料，待用； (3)將上述得到的地質(zhì)聚合物基料通過(guò)噴涂、刷涂或浸涂，在多孔支撐體表面形成厚度為20 500微米的膜，置于60° C烘箱中養(yǎng)護(hù)24小時(shí)即獲得地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜，經(jīng)測(cè)試，其純水通量在I IOOOkgtr1nT2之間且連續(xù)可控。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜及其制備方法。地質(zhì)聚合物無(wú)機(jī)膜以堿激發(fā)偏高嶺土地質(zhì)聚合物為成膜材料，以水為調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)地質(zhì)聚合物中H2O/Na2O摩爾比來(lái)改變孔隙率和孔徑尺寸，通過(guò)涂覆工藝在多孔支撐體表面制備厚度為20-500微米的無(wú)機(jī)分離膜。本發(fā)明制備的地質(zhì)聚合物材料反應(yīng)溫度低，容易成型，所用原料在市場(chǎng)上容易獲得，價(jià)格便宜，其制備的無(wú)機(jī)膜將在飲用水凈化、污水處理、海水淡化、汽車(chē)尾氣凈化、工業(yè)液固分離等方面將有廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01D69/10GK102961974SQ20121046240
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者崔學(xué)民, 劉菁, 賀艷, 葛圓圓, 黃競(jìng)霖 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)